Universidad Tecnológica de Querétaro

Firmado digitalmente por Universidad Tecnológica de Querétaro Nombre de reconocimiento (DN): cn=Universidad Tecnológica de Querétaro, o=Universidad Tecnológica de Querétaro, ou, [email protected], c=MX Fecha: 2011.10.20 12:09:15 -05'00'

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO

Nombre del Proyecto:

PROPUESTA DE REUTILIZACIÓN DE AGUA Empresa:

COMISIÓN ESTATAL DE AGUAS DEL ESTADO DE QUERETARO.

Memoria que como parte de los requisitos para obtener el título de:

INGENIERO AMBIENTAL

Presenta: OLIVIA VELAZQUEZ AMADOR

Asesor de la UTEQ

Asesor de la Empresa

M. en C. Víctor M. Bazail Lozano

M. en C. Juan Ciro Rivera Solís

Santiago de Querétaro, Qro. Septiembre 2011

RESUMEN El incremento de la población y la creciente demanda de servicios públicos, por parte de ésta, han acarreado problemas de sobreexplotación de agua potable en la ciudad de Querétaro. Ante tal problemática la presente investigación plantea un diseño de abasto del recurso hídrico mediante la captación de agua condensada, proveniente de los dispositivos de acondicionamiento de aire. El estudio se lleva a cabo en la Comisión Estatal de Aguas del estado de Querétaro (CEA), en donde se analizó la cantidad y calidad del agua condensada del sistema de acondicionamiento de aire a diferentes niveles de temperatura ambiente, para proponer su almacenamiento y tratamiento, reduciendo el consumo de agua potable en el proceso de desmineralización. La mayor cantidad de agua se obtuvo a una temperatura ambiente de 36°C condensando en promedio 1 litro de agua por hora en cada aparato. Respecto a los análisis realizados se obtuvo que la dureza y la conductividad eléctrica es 97% menor que el agua potable lo cual mejora el proceso de desmineralización. (Palabras clave: sobreexplotación de agua, acondicionamiento de aire, desmineralización.)

i

ABSTRACT Increasing population and growing demand for public services by the latter, have led to problems of overexploitation of water in the city of Queretaro. Given that this research suggests problematic design supply of water resources through water harvesting condensed from the air conditioning devices. The study was conducted in the State Water Commission of Queretaro (CEA), where we analyzed the quantity and quality of water condensed air conditioning system at different temperature levels for storage and processing propose reducing potable water consumption in the process of demineralization. Most water is obtained at an ambient temperature of 36 ° C condensing an average of 1.0 L per hour in each unit. Regarding the analysis performed was found that the hardness and electrical conductivity is 97% lower than the water which improves the process of demineralization.

(Keywords: overexploitation of water, air conditioning, demineralization.)

ii

AGRADECIMIENTOS

A mis queridos padres, por su comprensión y apoyo. En todo momento los llevo conmigo.

Al M. en C. Juan Ciro Rivera Solís, por el apoyo ofrecido para la realización de la estadía en la Comisión Estatal de Aguas.

Al T.L.C. Israel Alberto Sánchez Reséndiz por el apoyo en el proceso de análisis del presente proyecto.

Al Doctor Osvaldo Velazquez Mejía, cuyo trabajo, paciencia y dedicación guió y facilitó la realización de éste proyecto.

iii

ÍNDICE

Resumen…………………………………………………………………………….

i

Abstract.……………………………………………………………………………...

ii

Agradecimientos……………………………………………………………………

iii

Índice…………………………………………………………………………………

iv

I.

INTRODUCCIÓN…………………………………………………………….

1

II.

ANTECEDENTES……………………………………………………………

2

III.

JUSTIFICACIÓN……………………………………………………………..

3

IV.

OBJETIVOS………………………………………………………………….

3

V.

ALCANCES………………………………………………………………….

4

VI.

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA……………………………………………

6

VII.

PLAN DE ACTIVIDADES…………………………………………………...

17

VIII. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS………………………………..

18

IX.

DESARROLLO DEL PROYECTO…………………………………………

20

X.

RESULTADOS OBTENIDOS………………………………………………

30

XI.

ANÁLISIS DE RIESGOS……………………………………………………

40

XII.

CONCLUSIONES……………………………………………………………

41

XIII. RECOMENDACIONES……………………………………………………...

42

XIV. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………………………….

43

ANEXOS……………………………………………………………………………..

45

iv

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Límites Permisibles de calidad para Agua Tipo l y ll………………..

4

Tabla 2. Patrones de Calidad del Agua………………………………………..

10

Tabla 3. Elementos del Proceso Bacteriológico………………………………

18

Tabla 4. Elementos del Proceso Físico-Químico………………………………

19

Tabla 5. Flujo Volumétrico de Agua Condensada……………………………

31

Tabla 6. Cuadro Comparativo de Calidad de Agua…………………………...

32

Tabla 7. Eco-Balance……………………………………………………………..

34

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura1. Precipitación Pluvial Anual Periodo 2000-2008…………………….

7

Figura 2. Sistemas de Obtención de Agua…………………………………….

8

Figura 3. Diagrama de Gantt…………………………………………………….

17

Figura 4. Determinación de Cloruros en Agua………………………………..

22

Figura 5. Determinación de Dureza en Agua…..……………………………..

23

Figura 6. Equipo de Filtración de Agua Residual……..……………………...

24

Figura 7. Medios de Cultivo para Coliformes…………………………………..

25

Figura 8. Equipo para la Determinación de Fluoruros…...…………………...

27

Figura 9. Edificio Central 4……………………………………………………….

30

Figura 10. Eco-Mapa del Proceso de Desmineralización…………………….

33

Figura 11. Recipiente de Captación……………...……………………………..

35

Figura 12. Instalación de Equipo……...………………………………………...

35

Figura 13. Diagrama de Bombeo de Agua…...………………………………..

36

Figura 14. Tanque de Almacenamiento de Agua 1100 litros……...…………

37

Figura 15. Red de Distribución Hidráulica……………………………………..

38

Figura 16. Diagrama de Flujo del Sistema de Tratamiento del Agua

39

Condensada…………………………………………………...............................

v

Anexos Anexo 1. Curva de Calibración de Nitrógeno Amoniacal…………………….

46

Anexo 2. Curva de Calibración de Sulfatos……………………………………

47

Anexo 3. Curva de Calibración de Fluoruros………………………………….

48

Anexo 4. Materiales para el Sistema de Recolección de Agua Condensada……………………………………………………………………….

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vi

I. INTRODUCCIÓN

De acuerdo con datos de La Comisión Mundial del Agua en la actualidad el consumo de agua por parte de la población se ha multiplicado por nueve y el consumo para usos industriales por cuarenta. Se estima que el uso del vital líquido aumentará 50% en los próximos 30 años y que para el año 2025 la mitad de la población mundial sufrirá severas restricciones de agua potable. Tal situación ha impulsado a la presente investigación a replantearse la reutilización de agua condensada proveniente de fuentes no convencionales como los sistemas de acondicionamiento de aire, ya que por su naturaleza puede utilizarse en diversos procesos.

Así pues, el objetivo del presente documento es desarrollar una metodología para la reutilización del agua, integrando un plan estratégico de ahorro destinado a sentar las bases para su gestión a corto y largo plazo, destacando los siguientes elementos: 

Estrategias para el desarrollo sustentable aplicado al laboratorio central de calidad del agua de la Comisión Estatal de Aguas.



Fortalecimiento

de

la

capacidad

operativa

del

proceso

de

desmineralización, minimizando el consumo de agua potable en su proceso.

1

ll. ANTECEDENTES

En la actualidad las empresas comienzan a tomar conciencia respecto a la integración de los factores importantes para la vida: el ambiental, el económico, el social y cultural, integrados en una visión holística; permitiendo la comunión de las actividades humanas con el medio ambiente; de tal manera que puedan ser sustentables en el futuro.

Tal es el caso de la Comisión Estatal de Aguas (CEA) que con el fin de preservar la naturaleza detectó un área de oportunidad para la reutilización del agua, proveniente de los dispositivos de acondicionamiento de aire instalados en la empresa para minimizar el consumo de agua potable en su conversión al tipo l y ll grado analítico1 por medio de desmineralización.

1

Por grado analítico se refiere a la calidad del agua, esta puede ser destilada, desionizada o desmineralizada, puesto que son utilizadas en distintas aplicaciones analíticas, que requieren distintos grados de pureza. Es por ello que, el agua potable debe purificarse y adaptarse a éstos procedimientos.

2

lll. JUSTIFICACIÓN La existencia de dispositivos de aire acondicionado dentro de las instalaciones de la CEA drena agua, como resultado de su proceso de refrigeración, lo que llevaría a disponer de más de 500 litros por día. De tal forma, esta agua puede ser captada, reutilizada y comerciali zada a medida que su carácter químico lo permita.

lV. OBJETIVOS Objetivo General. Desarrollar un sistema de captación de agua condensada proveniente del sistema de acondicionamiento de aire que operan en la CEA, con la finalidad de reutilizarla en el laboratorio central de calidad.

Objetivos Específicos. 

Determinar la cantidad y calidad del agua condensada por el sistema de acondicionamiento de aire.



Desarrollar un sistema de captación de agua y su proceso de tratamiento según la aplicación en el laboratorio, Tipo I o Tipo II.

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V. ALCANCES El presente proyecto se realizará en el periodo de mayo - agosto del presente año, para determinar la propuesta del reaprovechamiento de agua condensada dentro de la CEA, bajo las siguientes etapas: 

Análisis y diagnóstico del laboratorio.



Diseño del sistema de captación de agua.

Análisis y Diagnóstico del Laboratorio Considerando la naturaleza del proyecto es necesario analizar

y ubicar los

sistemas de aire acondicionado en las instalaciones de la CEA, para determinar la cantidad de agua generada y evaluar sus características físico-químicas, para ello se utilizarán los límites permisibles publicados por la ASTM (American Society for Testing and Materials) y la NCCLS (National Committee for Clinical Laboratory Standards). Ver tabla 1. Tabla 1. Límites Permisibles de Calidad Para Agua Tipo l y ll.

Fuente: Normas ASTM Standard D1193 y NCCLS Guideline C3-A3

4

Al mismo tiempo se observarán los procesos, sistemas y elementos que conforman el laboratorio central de calidad del agua

para

identificar las

necesidades del laboratorio (equipo, cantidad de agua utilizada en el proceso analítico, etc.), con el fin de detectar riesgos y factores adversos al propósito del proyecto.

Diseño del Sistema de Captación de Agua. Una vez determinada la calidad del agua condensada en esta etapa, se planteará, el mecanismo de recolección; incorporando un diagrama como propuesta de diseño alternativo.

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VI. FUNDAMENTACIÓN TEORICA

Disponibilidad y Uso del Agua

Tres cuartas partes de nuestro planeta está constituido por agua, donde el 97.5 % de los recursos hídricos es agua salada. El 2.5 % restante está en los continentes como agua dulce. Unas tres cuartas partes de toda el agua dulce se halla inaccesible. El total de agua dulce en nuestro planeta es de 39 millones de Km 3, de los cuales 29 millones

se encuentran en estado sólido en los casquetes

polares y glaciares, 5 millones de Km3 son aguas subterráneas y los otros 5 millones corresponden a las aguas superficiales. Sólo un 1% es agua dulce superficial fácilmente accesible (lagos, ríos y subsuelo). Sólo esa cantidad de agua se renueva habitualmente con la lluvia y las nevadas y es, por tanto, un recurso sostenible. En total, sólo un centésimo del uno por ciento del suministro total de agua del mundo se considera fácilmente accesible para uso humano.

Distribución del agua.

La distribución del agua es muy desigual, no sólo entre distintos países del mundo, sino entre regiones de un mismo país, dentro de Europa, España es un ejemplo de esta desigualdad, e incluso países ricos en este recurso como Brasil, tiene regiones en el noreste con una gran escasez, en México la disponibilidad natural del agua presenta marcados contrastes ocasionados por la intensa variabilidad con la que se dan las lluvias, por ejemplo en las zonas del norte y centro, el clima y la vegetación son desérticos y llueve muy poco, mientras que en el sureste las lluvias son abundantes, un ejemplo es el estado de Tabasco donde la precipitación anual es de 2, 430 mm en tanto que en Baja California Sur es de 178 mm.

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Además, de los 772 mm de lluvia que en promedio se precipitan anualmente en el territorio nacional, el 67% ocurren de junio a septiembre, lo que dificulta su aprovechamiento. (Ver figura 1)

Fuente: CONAGUA. Estadística del Agua en México, edición 2010

Figura 1. Precipitación Pluvial Anual, Periodo 2000-2008

A estas condiciones naturales se suma el hecho de que la mayor parte de la población y de la actividad económica de nuestro país se concentra en las regiones centro y norte, en donde el agua es más escasa.

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Obtención de Agua En la actualidad podemos agrupar distintos sistemas de obtención de agua en dos grandes grupos: por un lado, los sistemas convencionales, que son los más generalizados; y por otro, los no convencionales, surgidos en los últimos tiempos como alternativas con el objeto de suplir las deficiencias percibidas en los sistemas tradicionales. (Ver figura 2)

Fuente: Elaboración Propia

Figura 2. Sistemas de Obtención de Agua.

Sistemas convencionales de obtención de agua. Los sistemas convencionales incluyen tanto el aprovechamiento superficial como el subterráneo. En lo que respecta al primero podemos hablar de dos formas de aprovechar el agua que cae sobre la superficie de la tierra, a través del uso directo del agua de lluvia, que es la forma más primitiva e inmediata, o por medio de la construcción de presas y balsas en las cuales se almacena el agua para luego ser utilizada.

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Por otro lado, el aprovechamiento subterráneo es el sistema de obtención de agua por excelencia en muchas áreas geográficas, el cual consiste en perforar la tierra a través de pozos y galerías con el objeto de llegar hasta el manto acuífero y, de esta forma, drenar o bombear el agua que se encuentra almacenada en su interior. No obstante, los sistemas convencionales de captación de agua presentan, dos tipos de limitaciones, las naturales y las de carácter económico; la primera se debe a una disminución en el rendimiento de las explotaciones hidrológicas, producidas por un desequilibrio entre la extracción de agua y la recarga natural; la segunda, se da según la relación cantidad-calidad de agua extraída, trayendo como consecuencia el aumento del precio del agua de abastecimiento.

Frente a estas dificultades, la actual situación hidrológica de muchas áreas que, por circunstancias climáticas y geográficas, no pueden abastecerse del agua de lluvia, obliga a recurrir a sistemas no tradicionales con el fin de solucionar esta problemática hídrica.

Sistemas no convencionales de obtención de agua.

Hablar de los sistemas no convencionales se refiere a aquellos procesos industriales de tratamiento de aguas que inicialmente no eran aptas para alcanzar una calidad adecuada para su uso. Entre estos procesos hay que mencionar las técnicas de desalación de agua de mar y las de desalinización de aguas salobres2, la recolección de neblina o la condensación de la humedad atmosférica; y por otro, las que permiten reutilizar el agua residual, sobre todo para el riego agrícola, una vez depurada.

Surgidos a partir de los años 80’s debido a un cambio institucional y tecnológico en la concepción del recurso agua. 2

9

En los últimos años se han dedicado muchos esfuerzos al perfeccionamiento de estos sistemas, actitud que se ha visto reflejada en el aumento del número de plantas potabilizadoras y depuradoras, en zonas donde las opciones de obtención de agua por medios tradicionales han ido desapareciendo.

Uso del Agua en el Laboratorio. La mayoría de los procesos que se realizan en el laboratorio requieren agua en algunas de sus fases. Por tanto, hay que considerarlo como un reactivo más y conocer su grado de pureza y así obtener la garantía suficiente con vistas a evitar cualquier tipo de interferencias en los estudios químicos en los que tome parte.

A continuación presentamos los patrones de calidad de agua publicados por ASTM (American Society for Testing and Materials). (Ver tabla 2)

Tabla 2. Patrones de Calidad de Agua.

Fuente: Norma ASTM Standard D119.

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Proceso Analítico Los equipos e instrumentos como cromatógrafos de gases y de líquidos, espectrómetros de absorción y emisión atómica, deben operar con agua con la cual se tenga la absoluta certeza de la ausencia de contaminantes y componentes que puedan interferir en el proceso de análisis, pues ayudan a eliminar variables ocultas en los resultados. Para ello se requiere tres tipos de pureza y son los siguientes: Tipo I Usada para procedimientos que requieren de máxima exactitud y precisión; tales como espectrometría atómica, fotometría de llama, enzimología, gas en la sangre, soluciones buffer de referencia y reconstitución de materiales liofilizados usados como estándares. El agua Tipo I, debe seleccionarse siempre que en la prueba sea esencial un nivel mínimo de componentes ionizados o cuando se preparan soluciones para análisis de rastreo de metales. Tipo ll Recomendada para la mayoría de las pruebas analíticas y generales de laboratorio, tales como los análisis hematológicos, serológicos y microbiológicos; así como para métodos químicos en los que específicamente no se indique o se haya comprobado que requieren agua de calidad Tipo I. Tipo III Conocida como desionizada, es satisfactoria para algunas pruebas generales de laboratorio; para la mayoría de los análisis cualitativos, tales como uroanálisis, procedimientos histológicos y parasitológicos; para el enjuague de material analítico y la preparación de soluciones estándar.

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Proceso de Lavado de Material de Laboratorio

El uso del agua dentro de este proceso como el enjuague final de la cristalería debe hacerse con agua desionizada para remover contaminantes de productos y equipos, pues no contiene iones.

Reutilización de Agua Hacer un uso eficiente del agua implica el uso de tecnologías y prácticas mejoradas que proporcionan igual o mejor servicio con menos agua. Por otro lado, la conservación del agua se ha asociado con su limitación generalmente durante los periodos de escasez. Las medidas para lograr un uso eficiente del agua deben visualizarse mediante una concepción basada en la integración de factores económicos, sociales y ambientales para la planeación estratégica de la empresa, estableciendo metas, indicadores de desempeño y proyectar adecuadamente un plan de acción a corto, mediano y largo plazo. De esta manera para desarrollar el Programa de ahorro y uso eficiente del agua en cualquier tipo de sector industrial se deben identificar factores como lo que señalan Brown y Caldwell en su guía de uso eficiente del agua editado en 1990: 

Identificación de oportunidades de reutilización del agua.



Determinación de la calidad mínima del agua requerida para un uso específico.



Identificación de las fuentes de agua residual que satisfacen los requerimientos en cuanto a la calidad del agua.

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Programa de Eficiencia de Agua

Estos programas buscan optimizar la eficiencia operacional, mejorar la competitividad económica y conservar los recursos para el futuro. Deben comenzar con un plan bien pensado y es crucial que cuente con el compromiso de la gerencia, recursos técnicos, financieros, participación y conciencia de empleados y resultados bien publicados. Además pueden vincularse con una gestión integral energética o, con los programas de prevención de la contaminación e ISO 14000.

Las fases para la elaboración del plan son las siguientes:

Fase 1. Establecimiento de Compromisos y Metas.

En esta fase la administración y el personal del programa de uso eficiente del agua tendrán que elaborar un calendario para habilitar las medidas de reducción de consumos de agua, incluyendo el programa de educación (motivación, concientización, orientación), la instalación, y las actividades de seguimiento, basadas en metas de ahorros de agua.

Fase 2. Definición de Recursos.

La empresa debe contar con recursos financieros y con la suficiente autoridad para implementar cambios. Igualmente deberá

involucrar al personal de las

distintas áreas hasta formar un grupo heterogéneo, dirigido por un experto en Producción Más Limpia (PML) y en ahorro y uso eficiente del agua, quien ayudará a capacitar y dar las pautas iniciales para la implementación del programa.

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Fase 3. Identificación de Opciones de Eficiencia del Uso del Agua.

El objetivo de esta etapa, es identificar cada faceta y componente del sistema de distribución del agua y así definir el sistema como un todo; para ello se deberá listar todas las etapas de los procesos que consumen agua comenzando por los servicios industriales (calderas, sistemas de enfriamiento, aire acondicionado, hidrantes, sistemas contra incendios, etc.), luego se listarán los servicios sanitarios, cocinetas, cocinas, laboratorios, lavado de vehículos, riego de jardines, lavado de pisos.

Esta investigación debe incluir el inventario completo de toda el agua usada en el predio, aportando suficiente información

para detectar deficiencias en los

sistemas, y generar cambios en los procesos basados en diversas técnicas clasificadas en dos categorías:

a) Prácticas de ingeniería, son basadas en modificaciones en tuberías, accesorios o procedimientos de operación en el abastecimiento de agua. b) Prácticas de conducta, están basadas en el cambio de hábitos en el uso del agua. Prácticas de ingeniería.

Las medidas para lograr un uso eficiente del agua se pueden categorizar en tres tipos: 

La reducción de las pérdidas.



La reducción del uso del agua en general.



Aplicar prácticas de reutilización del agua.

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La reutilización del agua residual o de agua proveniente de una aplicación, significa su utilización por otra aplicación diferente a la previa como por ejemplo irrigación de jardines, usos estéticos o protección contra incendios. En otras palabras, debe ser utilizada para un propósito teniendo en cuenta las reglas aplicables (normatividad).

Practicas de conducta. Las prácticas de comportamiento involucran el cambio en los hábitos de consumo del agua para lograr un uso más eficiente de la misma y la reducción de su consumo total en una instalación industrial o comercial. Los cambios en el comportamiento pueden ahorrar agua sin modificar los equipos existentes.

Los cambios de hábitos que la gente pueden adquirir, para reducir su consumo de agua son: 

Revisar que estén totalmente cerradas las llaves de grifos y que no queden abiertas innecesariamente.



Reportar al personal de mantenimiento correspondiente, cualquier fuga o falla en los inodoros, mingitorios, grifos, bebederos y demás.



Ajustar el riego de prados y jardines a calendarios y horarios con baja evaporación en el día.

Fase 4. Auditoria.

Esta fase de evaluación del programa ayudará a identificar cuáles medidas fueron efectivas y qué eventualmente pudiera reemplazarse o modificarse; esto se hace mediante el análisis de impacto y de costo-beneficio. Posteriormente los informes de la eficacia del programa deben enviarse a la gerencia y a su vez a los usuarios, para generar una mayor participación.

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Fase 5. Rastrear resultados.

Para obtener buenos resultados es necesario establecer indicadores ambientales; puesto que brindan información sobre el desempeño de la industria, y determinar cómo está nuestro sistema con respecto a los índices nacionales o internacionales del mismo sector productivo y así poder establecer si la labor que se está ejecutando está bien o no.

Beneficios del Programa de ahorro y uso eficiente del agua La implementación de los programas de ahorro y uso eficiente del agua resulta beneficioso dado que minimiza las demandas de agua en cuanto a la superficie disponible y del agua subterránea.

Al mismo tiempo aquellos que usen el agua más eficientemente ahora tendrán una ventaja competitiva en el futuro respecto a aquellas compañías que aun no han tomado la decisión de gestionar este recurso.

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VII. PLAN DE ACTIVIDADES A continuación se exponen cronológicamente en forma general, las principales actividades para la ejecución del proyecto, indicando los tiempos que requirieron para su realización.

Fuente: Elaboración Propia

Figura 3. Diagrama de Gantt.

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VIII. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS Para el desarrollo de este proyecto fue necesario contar con los siguientes elementos:

Analistas T.L.C. Israel Alberto Sánchez Reséndiz. T.S.U. Olivia Velazquez Amador.

Asesor M. en C. Juan Ciro Rivera Solís.

Materiales y equipos Para el proceso analítico del agua se utilizaron los siguientes elementos: Tabla 3. Elementos del Proceso Bacteriológico.

Parámetros

Método de análisis

Materiales y Reactivos

Coliformes totales

Filtración por membrana

Medio Endo broth MF, placa de petri estéril, porta filtros estériles, pinza esterilizada al fuego y almohadilla o pad.

Coliformes fecales

Filtración por membrana

Medio Endo broth Base, porta filtros estériles, placa de petri estéril, pinza esterilizada al fuego y almohadilla o pad.

Fuente: Elaboración Propia

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Tabla 4. Elementos del Proceso Físico-Químico Parámetros

pH

Equipo

Método

Electrométrico

Materiales y Reactivos

Medidor de pH, de rango

Vasos de 50 ml de polietileno.

de lectura de 0.0 a 14.0

Soluciones buffer de pH 4.0, 7.0

unidades de pH y

y 10.0

precisión de 0.01, con Sistema de temperatura.

Conductividad

Conductividímetro

Medidor de conductividad

Cloruro de potasio estándar de

de rango amplio

1413 μS/cm

y sensibilidad de 1 μS, Erlenmeyer de 250 ml, probeta Dureza

Titulación con EDTA

Bureta graduada

de 100 ml, pipetas de 100, 50 y

semiautomática de 50 ml

15 ml. Solución de EDTA 0.01M,

de capacidad.

negro de eriocromo T, buffer de ajuste de pH.

Cloruros

Fluoruros

Titulación con AgNO3

Electrodo selectivo

Bureta graduada

Erlenmeyer de 250 ml, solución

semiautomática de 25 ml

indicadora de cromato de K,

de capacidad,

nitrato de plata 0.014 M,

Potenciómetro equipado

Matraces volumétricos de

con electrodo combinado

100ml. Solución madre de

(mili volts)

fluoruros estándares de 0.1,1.0, 3.0,5.0,10.0 Erlenmeyer de 250 ml, Sulfato

Sulfatos

Espectrofotométrico

Espectrofotómetro, rango

de sodio anhidro, cloruro de

de 200 – 1100 nm con

bario, solución amortiguadora,

paso de luz de 1 cm o

Celdas de cuarzo de 1 cm de

más.

ancho, filtro de membrana de 0.45 μ,

N-NH3

Espectrofotométrico

Espectrofotómetro, rango

Erlenmeyer de 250 ml Solución

de 200 – 1100 nm con

de EDTA, reactivo NESSLER

paso de luz de 1 cm o

solución control de 0.366mg/l.

más. Fuente: Elaboración Propia

19

IX. DESARROLLO DEL PROYECTO

Análisis y diagnostico del laboratorio

Ubicación de los aparatos de acondicionamiento de aire.

En esta actividad se realizaron una serie de recorridos por las instalaciones de la Comisión Estatal de Aguas, para cuantificar los equipos de aire acondicionado e identificar todos los puntos de salida del agua condensada. Elaboración de Layout.

En

esta

etapa

se

elaboró

un

Layout

señalando

las

principales

desembocaduras de agua condensada, además se evaluó la edad y estado de la infraestructura para determinar el área de recolección y almacenamiento de dicha agua. Medición de flujo volumétrico.

Los flujos de agua condensada se estimaron mediante aforos de campo (medición del agua mediante cubeta y cronómetro) en volumen/ tiempo. Las lecturas se realizaron en las mañanas antes de iniciar actividades y al concluir la rutina cotidiana de trabajo, durante un período continuo de un mes; en los sitios elegidos aleatoriamente para incrementar la precisión de la lectura.

20

Análisis Físico-Químico y bacteriológico.

Conductividad, pH, Cloruros, Dureza, Nitrógeno Amoniacal y Coliformes Totales. Fueron los análisis realizados a distintos tipos de agua (potable, condensada y desionizada) para obtener un cuadro comparativo asociado a su grado de pureza. Para ello se utilizaron las instrucciones de trabajo del “manual de procedimientos” elaborados por la CEA. Todos ellos basados en las normas oficiales mexicanas (NMX), ASTM y los métodos estándar (APHA, 1995).

Conductividad.

Para determinar la conductividad eléctrica del agua se utilizo el Conductividímetro de amplio rango de sensibilidad de 1 μS utilizando cloruro de potasio estándar de 1413 μS/cm para calibrar el equipo. PH.

El análisis fue realizado en base a la norma NMX-AA-008-SCFI-2000 utilizando un medidor de pH de un rango de lectura de 0.0 a 14.0 unidades de pH; también se utilizaron soluciones buffer de pH de 4.0, 7.0

y 10.0 para calibración. Cabe

mencionar que para la medición del pH en las muestras de agua, se realizó a temperatura ambiente, para evitar errores causados por las variaciones de la temperatura.

21

Cloruros

Para la determinación de cloruros se utilizaron 100 ml de la muestra adicionando 1 ml de cromato de potasio (K2CrO4) y se valoró con la solución patrón de nitrato de plata (AgNO3) hasta el vire de color amarillo a rojo ladrillo (Ver figura 4.)

Fuente: Elaboración Propia

Figura 4. Determinación de Cloruros en Agua.

Posteriormente la concentración de cloruros se calculó con la formula siguiente:

Cl = [(A - B) x N x 35,450] = mg/L ml de muestra Donde: A= el gasto del AgNO3 de la muestra. B= el gasto del AgNO3 del blanco. N= la normalidad de la solución de AgNO3.

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Dureza

La determinación de dureza total se fundamentó en el método estándar S.M. 2340 C, utilizando como blanco 50 ml de agua destilada, adicionándole 1 ml de solución amortiguadora para ajustar el pH, posteriormente se agrego 1gr del reactivo Negro de Eriocromo T como indicador. Por último se titulo poco a poco con solución EDTA hasta lograr un vire de rosa a azul (ver figura 5.)

Para la realización de análisis de dureza en las muestras de agua potable, condensada y desmineralizada se realizo el mismo procedimiento; sustituyendo el agua destilada por 50 ml de cada muestra.

Fuente: Elaboración Propia

Figura 5. Determinación de Dureza en Agua.

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El cálculo para la concentración de dureza total en el agua se realizo mediante la fórmula siguiente: CaCO3 = ( A – B ) x N x1000 = mg/L ml de muestra Donde: A= el gasto de EDTA de la muestra. B= el gasto de EDTA del blanco. N= la normalidad de la solución de EDTA

Coliformes Totales

La técnica desarrollada se fundamentó en la filtración de 100ml de la muestra de agua a través de un filtro de membrana de 0,45 micras de diámetro de poro. (Ver figura 6.) Todo bajo condiciones estériles para evitar el crecimiento de otras bacterias.

Fuente: Elaboración Propia

Figura 6. Equipo de Filtración de Agua Residual.

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Posteriormente las muestras filtradas se colocaron sobre dos medios de cultivo los cuales fueron Endo broth MF específico para Coliformes totales, y MF broth Base para Coliformes fecales incubado a 36°C de temperatura. (Ver figura 7.)

Fuente: Elaboración Propia

Figura 7. Medios de Cultivo para Coliformes.

Nitrógeno Amoniacal

La concentración del nitrógeno amoniacal en agua se determinó de acuerdo con el manual de procedimientos del laboratorio central del agua, basada en el método estándar SM 4500- NH3 C, utilizando patrones para la curva de calibración (Ver anexo 1) a partir de la solución madre de N-NH3.

(Nitrógeno amoniacal)

adicionando 1 gota de EDTA para N-NH3, 2ml de solución NESSLER y se dejo reposar por 10 minutos. Al final los estándares se analizaron en el espectrofotómetro a una longitud de onda de 410 nm. Para la preparación de la muestra se siguió el volumen de 50 ml de cada agua.

25

mismo procedimiento con un

Para calcular la concentración del analito se utilizo la formula de la pendiente en su forma despejada: X=Y–b m Donde: X = es la concentración del analito. Y = es la Absorbancia de la muestra b = es la ordenada al origen m = es la pendiente de la recta

Sulfatos

A partir de la solución madre se sulfatos, se prepararon estándares de 10.0, 15.0, 20.0, 25.0, 30.0, 35.0, 40.0 ml. de concentración para elaborar la curva de calibración. (Ver anexo 2) adicionando 20ml de solución tampón para sulfatos (SO4), 1 gr de cloruro de bario (BaCl 2) y, agitando continuamente por un minuto, por último la disolución se dejo reposar cinco minutos antes de su medición en el espectro. Igualmente para la preparación de la muestra se utilizó 100 ml de cada agua adicionando los mismos reactivos para sulfatos sin adicionar los estándares.

Nota: La lectura se realizó a una longitud de onda de 420 nm.

26

El cálculo de la concentración del analito se llevo a cabo con la formula siguiente: X=Y–b m Donde: X = es la concentración del analito. Y = es la Absorbancia de la muestra b = es la ordenada al origen m = es la pendiente de la recta

Fluoruros

Para medir la concentración de fluoruros en agua condensada, potable

y

desionizada. Se baso en el método de ion selectivo, con la ayuda del Potenciómetro ajustado en mili volts. La muestra se preparo utilizando 10 ml de cada agua en diferentes vasos de precipitado de 50 ml (por duplicado). Adicionando 10 ml de solución TISAB ll (ácido) agitando continuamente por un lapso de 3 minutos (Ver figura 8.)

Fuente: Elaboración Propia

Figura 8. Equipo para la Determinación de Fluoruros.

27

La curva de calibración se preparo con estándares de 0.10, 1.0, 3.0, 5.0, 10.0 ml de la solución madre de fluoruros igualmente por duplicado (ver anexo 3) Para calcular la concentración se utilizo la siguiente fórmula: X= 10 ^ [(Y – b)/ m]

Donde: X= es la concentración del analito Y= es la Absorbancia de la muestra b= es la ordenada al origen m= es la pendiente

DISEÑO DE CAPTACIÓN

Análisis de proceso

En esta etapa se analizaron los resultados de las pruebas físico-químicas para establecer el tratamiento y diseño de captación de agua, tomando en cuenta la capacidad operativa del desmineralizador de agua que utiliza la CEA y los consumos de materia prima dentro del proceso analítico del laboratorio, con el fin de detectar áreas de oportunidad y optimización de recursos.

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Determinación de consumos

Al hablar de consumos, nos referimos al consumo de agua y energía eléctrica durante el proceso de desmineralización. Para ello se utilizó un amperímetro de gancho que mide la intensidad de corriente y así calcular la potencia del desmineralizador mediante la siguiente fórmula:

P = (V) (i) Donde: P = Es la potencia medida en watts. V = Es el voltaje

i = Es la intensidad de la corriente medida en Amperes Además se incorporó un eco-balance para ver el comportamiento ambiental en el desmineralizador de agua.

Diagrama de captación

En esta etapa se construyó un Layout indicando la forma de captación del agua condensada.

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X. RESULTADOS OBTENIDOS Ubicación de los aparatos de acondicionamiento de aire.

Después de analizar las salidas principales de agua condensada, se determino que hasta el momento el espacio favorable para la recolección de agua; es el edificio central 4 de la CEA; esto en base al siguiente criterio. 

La distancia que hay entre edificios



La ubicación actual del desmineralizador de agua. (Ver figura 9).

Fuente: Elaboración Propia

Figura 9. Edificio Central 4, incluye las salidas de agua condensada, marcadas con círculos negros. Y los puntos de muestreo.

30

Medición de Flujo Volumétrico.

De acuerdo al muestreo se determino que la cantidad promedio de agua condensada recolectada es de 16.0 l /día cuando la temperatura alcanza los 36°C Representando un ahorro equivalente a 319.46 litros mensuales de agua potable. (Ver tabla 5)

Tabla 5. Flujo Volumétrico de Agua Condensada. Cantidad de agua recolectada en el muestreo FECHA Del 13 al 17

(En Litros)

TOTAL

P1

P2

P3

P4

P5

P6

23.5

21.5

26.36

2.0

3.75

0.8

77.91

24.7

20.1

24.2

5.0

3.0

2.0

79.00

20.1

21.7

26.0

3.2

5.0

6.0

82.0

21.5

22.0

24.8

3.8

3.75

4.7

80.55

De junio del 2011 Del 20 al 24 De junio del 2011 Del 27 al 1 De julio 2011 Del 4 al 8 De julio 2011 TOTAL MENSUAL

319.46

Fuente: Elaboración Propia

Cabe mencionar que la cantidad de agua puede disminuir si la temperatura ambiente disminuye en gran medida3.

3

El agua que suelta el dispositivo de aire acondicionado proviene de la humedad del aire. Por ejemplo Cuando el aire de una habitación relativamente caliente con una humedad inferior al 100% es enfriado, la humedad relativa sube al 100% que como no puede subir más tiene que soltar el agua. por lo tanto la cantidad de agua que puede acumular el aire depende de la temperatura.

31

Análisis Físico-Químico y Bacteriológico. La Tabla 6 resume la calidad del agua condensada y la potable antes y después de la ósmosis inversa (desionizada). Se observa que la concentración de dureza y conductividad del agua condensada es inferior a la requerida por el equipo de desmineralización 3,000 mg/l, en el caso del nitrógeno amoniacal su concentración es relativamente alta con respecto al agua potable, esto se debe a la cantidad de nitrógeno presente en el aire4. El resto de parámetros fisicoquímicos cumplen con las especificaciones para ser transformada en agua tipo l ya que la concentración es mucho menor que el agua potable. Tabla 6. Cuadro Comparativo de Calidad de Agua

Fuente: Elaboración Propia

4

El aire de la troposfera es el que interviene en la respiración y está compuesto en volumen, aproximadamente, por un 78,08% de nitrógeno (N2), un 20,94% de oxígeno (O2), un 0,035% de dióxido de carbono (CO2) y un 0,93% de gases inertes como el argón y el neón. (http://es.wikipedia.org/wiki/aire, 2011)

32

Análisis del Proceso de Desmineralización de Agua

El eco-mapa detalla de manera grafica las entradas de materia prima, energía y otros elementos requeridos en el proceso de desmineralización para encontrar puntos débiles. (Ver figura 10)

Fuente: Elaboración Propia

Figura 10. Eco-Mapa del Proceso de Desmineralización

33

Dentro del eco-balance se observó que el comportamiento ambiental del agua potable en el proceso de la doble osmosis inversa que se utiliza actualmente, genera un desperdicio de 0.665 m3 de agua por día, además ésta es arrojada indiscriminadamente al drenaje puesto que no hay una forma de recuperación.

Tabla 7. Eco-Balance del Proceso de Desmineralización.

Fuente: Elaboración Propia

34

Diseño de captación

Para el diseño se considera la demanda de 15 litros de agua al día, para ello, se colocaran recipientes con tapadera de 20 litros de capacidad, en cada punto de salida de los dispositivos de acondicionamiento de aire (ver figura 11) instalados de la siguiente manera. (Ver figura 12).

Fuente: Elaboración Propia

Fuente: Elaboración Propia

Figura 11. Recipiente de captación

Figura 12. Instalación del equipo

35

Bombeo del Agua Condensada

Al final del día el agua Condensada será transportada en tuberías por medio de bombeo, y estará constituido por válvulas tipo bola o globo de ½”, Bomba de succión horizontal de 1 hp, Tubería de PVC de 13mm. (Para mayor información ver el anexo 4), asimismo la instalación del equipo de bombeo se realizara de acuerdo a la figura 13.

Fuente: Elaboración Propia

Figura 13. Diagrama de Bombeo de Agua.

36

El agua condensada deberá almacenarse en un recipiente de 1100 litros de capacidad (Ver figura 14), para tener abastecimiento suficiente de agua en el proceso de desmineralización y para evitar que se mezcle con el agua potable.

Además en una visión a futuro éste mecanismo de bombeo se podrá integrar a otras prácticas de recolección de agua; por ejemplo a la captación de agua de lluvias o a la recirculación de agua de rechazo del desmineralizador.

Fuente: Elaboración Propia

Figura 14. Tanque de almacenamiento de agua 1100 litros.

37

Cabe mencionar que éste diseño sólo llegará a los puntos hidráulicos donde se utilizará el agua condensada, es decir, al desmineralizador5 aunque la red existente que abastece dicho equipo continuará suministrado por el agua potable, en los días en que el agua condensada no alcanza a cubrir la demanda completa. Para ello se incluye la red de distribución de tuberías en el edificio central 4. (Ver figura15).

Fuente: Elaboración Propia

Figura 15. Red de Distribución Hidráulica.

5

La Figura14. Indica el cambio de ubicación del desmineralizador. Para mayor información ver: BAUTISTA VALDEZ, Doris. Propuesta para el Tratamiento de Aguas de proceso de lavado de materiales y otros residuos que se generen dentro del Laboratorio de calidad de Agua de la CEA. Memoria de estadía. UTEQ 2011.

38

Tratamiento de Agua

El suministro de agua condensada se presurizará por medio del hidroneumático hasta llegar a una presión de 35 psi. (equivalente a 2.5 bar) ya que es la presión mínima de alimentación para llevar a cabo el proceso. Consecutivamente pasará por el filtro de carbón activado, para eliminar el cloro residual y otras partículas contenidas en el agua. Para la eliminación de la dureza, el agua pasará por una unidad de suavización donde se eliminará del 95 al 98% de su concentración. El agua que sale de los dos procesos anteriores tiene un bajo contenido de sólidos disueltos por lo que será necesario utilizar la membrana de osmosis inversa donde se removerán en un 92-98%. Por último el agua producto, se almacenará en el tanque de depósito, al cual se puede integrar un flotador que cierre automáticamente el tanque cuando éste se encuentre lleno. (Ver figura 16)

Fuente: Elaboración Propia

Figura 16. Diagrama de Flujo del Sistema de Tratamiento del Agua Condensada.

39

XI. ANÁLISIS DE RIESGO

Los riesgos identificados en el presente proyecto están relacionados con los siguientes factores:

Gestión: El no establecer una planeación con objetivos claros hacia el futuro para corto, mediano y largo plazo en la implementación del proyecto, puede generar más costos que los esperados, como consecuencia el tiempo de recuperación de la inversión puede prolongarse.

Financieros: Puede surgir cuando no se organiza correctamente los fondos, recursos humanos, suministros, equipo y otros factores necesarios para la realización del proyecto, debido a retrasos en su ejecución. También se pueden presentar problemas financieros debido a un cambio del precio del producto como consecuencia de la competencia o de otros factores de mercado.

Técnicos: pueden ser causados por imprevistos que son descubiertos durante la ejecución del proyecto o de errores en el diseño técnico o de la construcción al momento de su ejecución.

40

XII. CONCLUSIONES

De acuerdo a la evaluación mostrada en el capítulo X se ha propuesto que el tratamiento del agua condensada para transformarla en agua tipo I o tipo II será por un solo proceso de osmosis inversa y no dos como hasta ahora se ha manejado, ya que la concentración de dureza y conductividad son menores que el agua potable, lo que prolongará el tiempo de vida de las membranas; en consecuencia se disminuirá los costos de mantenimiento y

el consumo de

energía eléctrica: Mejorando así el proceso de desmineralización.

En cuanto

a los análisis bacteriológicos, éstos indican que la contaminación

bacteriana es generada por microorganismos que se encuentran en el medio ambiente y no son propios del agua condensada; por lo tanto no representa problemas para el proceso de desmineralización.

El suministro de agua condensada proveniente de los dispositivos de acondicionamiento de aire se ve afectada por la temperatura ambiente, pues varía de acuerdo a las estaciones del año. Disminuyendo o aumentando la cantidad de agua, por lo tanto se puede agregar otra alternativa para su recuperación; por medio de la recirculación del agua de rechazo del desmineralizador puesto que es más pura que al inicio, ésta práctica ayuda a aprovechar 13.3 m3 de agua por mes.

41

XIII. RECOMENDACIONES

Para que las medidas anteriormente descritas sean implementadas exitosamente es necesario desarrollar un programa de eficiencia, estableciendo indicadores de desempeño ambiental que permitan medir la eficiencia del mismo.

Al mismo tiempo deberá aplicar las siguientes medidas para fortalecer la capacidad operativa del desmineralizador de agua. 

Mejorar el mantenimiento para reemplazar equipos y partes variadas.



Cambio de prácticas operacionales.



Ajuste de equipos.



Evitar fugas de agua.



Utilización de aguas pluviales.

42

XIV. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. APHA. (1995) Standard methods for the examination of water and wastewater, 19th. Washington, DC.

2. American Society for testing and Materials. (1994) ASTM D1193.

3. National Committee for Clinical Laboratory Standards, (1997) NCCLS Guideline C3-A3.

4. Joaquín G. Montaño. (2002) Guía de Ahorro y Uso Eficiente del Agua, CNPML. Colombia pág. 14-34.

5. Margarita A. de Zumaeta, (2004) Manual para Análisis básicos de Calidad del agua de bebida. Lima Perú. pág. 39-51.

6. Joan J. Paniello; Navaz (2009) Regeneración de Aguas para la Industria. España. pág. 7-22

7. Ana Bautista; Tovar; Vélez (2008) La humedad atmosférica como fuente opcional de agua para uso doméstico. México. pág. 293-300.

8. Margarita de Luxán García (1996) Arquitectura integrada en el medio ambiente. España. pág. 73-88

43

9. FESTA HIDROGEL. (2007) “Características de las Aguas para uso en el Laboratorio”. En: Tecnologías avanzadas para la regeneración de las aguas residuales depuradas mediante membranas: Jornades Tècniques. España. pág. 1-6

10. Guerrero (2010) La problemática del agua en México y el mundo. México. pág. 22- 40

11. INEGI (2010) Estadísticas A Propósito Del Día Mundial Del Agua. México. pág. 1-13

12. http://es.wikipedia.org/wiki/Aire. Fecha de consulta 17 de agosto 2011.

44

ANEXOS CURVAS DE CALIBRACIÓN

45

Anexo 1 Curva de calibración de Nitrógeno Amoniacal.

Fuente: Elaboración propia

46

Anexo 2 Curva de calibración de Sulfatos.

Fuente: Elaboración propia

47

Anexo 3 Curva de calibración de fluoruros

Fuente: Elaboración propia

48

Anexo 4. Materiales para el Sistema de Recolección de Agua Condensada ITEM

DESCRIPCIÓN

1.2

CANTIDAD

TANQUE ALMACENAMIENTO

1 1.1

UNIDAD 1.1m3

Rotoplas Tubo de PVC 2” de presión 21.7 kgf/cm

2

1 2

kgf/cm

2.50m

RECIPIENTE DE CAPTACIÓN DE AGUA

2 2.1

Tanque interceptor con grifo

20L

9

2.2

Válvula tipo bola (para el bombeo de agua)

1/2"

9

2.3

Válvula de plástico (para la recepción de agua)

1/2"

18

SISTEMA DE BOMBEO

3 3.1

bomba centrífuga horizontal de de uso general

1HP

1

3.2

Accesorios normales de instalación para equipo

NA

1

m

84.67 metros

incluyendo la instalación al Rotoplas: 1 flotador para control de nivel 1 presóstato rango 40-60 PSI 1 manómetro 1 válvula check hidro 2” 2 válvulas paso libre Red White de 2” (succión, descarga) 1 válvulas paso libre Red White de 1 1/2” (tanque) 1 válvula de paso libre Red White de 1” (desagüe tanque)

RED DE DISTRIBUCIÓN

4 4.1

Instalación de Tubería presión 21.7 kgf/cm2 PVC 3/4" para toda el área.

4.2

Codos

Pza.

24

4.3

Uniones T´s

Pza.

12

4.4

Pintura

20L

1

4.5

Brocha, Thinner

Pza.

1

Fuente: Elaboración Propia.

49